DE3335226A1

DE3335226A1 - Elektronische heizkoerperregelung

Info

Publication number: DE3335226A1
Application number: DE19833335226
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 8552 Höchstadt Henneberger
Original assignee: Gossen GmbH
Current assignee: Gossen GmbH
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-18

Description

"Elektronische Heizkörperegelung"
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Regler für die Abgabe von vorbestimmbaren Wärmemengen durch Heizkörper zur wählbaren Einstellung gewünschter Raumtemperaturen in einstellbaren Zeitintervallen.
Zur Einstellung einer bestimmten Raumtemperatur sind Ventilstellglieder bekannt, die in die Vorlaufleitung eines Heizkörpers eingeschaltet sind und auf eine bestimmte Raumtemperatur eingestellt werden können. In Abhängigkeit von einem Raumlufttemperaturfühler steuert dann das entsprechende Stellglied, meistens ein Thermostatventil, den Durchfluß eines Heizmediums (Heißwasser oder Dampf) durch einen zugehörigen Heizkörper. Die manuelle Einstellung der jeweils gewünschten Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Tageszeit, dem Aufenthalt der Bewohner in dem jeweiligen Raum und den äußeren Wetterbedingungen, erfordert eine oftmalige Änderung der Einstellung und wird daher in vielen Fällen als lästig empfunden.
Es ist ferner bekannt, eine Heizungsanlage einer Wohnung von Tagbetrieb auf Nachtbetrieb mit Hilfe einer Schaltuhr umzustellen (Nachtabsenkung), wobei durch entsprechende Steuerung des Heizkessels die Vorlauftemperatur eines Heizmediums verändert wird.
Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß die Vorlauftemperatur für alle Heizkörper einer Wohnung gleichmäßig abgesenkt wird, auch wenn von Benutzerseite gewünscht wird, daß ein Raum noch einige Zeit nach Beginn der allgemeinen Nachtabsenkung eine höhere Temperatur, z.B. zwischen 18 und 22"C erhält. Andererseits ist es oftmals erwünscht, daß beispielsweise ein Badezimmer auf eine über die normale Raumtemperatur erhöhte Temperatur erwärmt wird, was bei Absenkung der Vorlauftemperatur oft nicht möglich ist. Andererseits ergibt sich durch Nachtabsenkung der mittleren Heizkörpertemperaturen eine wesentliche Verringerung des Wärmeverbrauchs eines Raumes bzw. einer Wohnung. Die Absenkung soll dabei soweit als möglich durchgeführt werden, ohne daß beim Bewohner ein Gefühl des körperlichen Unbehagens wegen zu tiefer Raumtemperatur aufkommen kann. Erfahrungsgemäß ergibt eine gezielte Reduzierung der Raum- bzw. Wohnungstemperatur um 1 K bis zu 5 bis 7% geringeren Heizkostenverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Heizkörperregelung zu schaffen, mit der eine gewünschte Temperatur in einem Raum oder mehreren Räumen einer Wohnung durch eine individuelle Einstellung der Sollwerte bzw. der Istwerte von Zeit und Temperatur pro Raum während einer wählbaren Zeitperiode erhalten werden kann, wobei ferner eine optimale Vorlauftemperatur des Heizmediums erzielt wird, wenn eine HKV-Zentrale eingesetzt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß durch Einstellmittel für Tagestemperatursollwert (T1) Nachttemperatursollwert (T2) Tagesabsenkung EIN (tal) Nachtabsenkung EIN (t2) Tagesabsenkung AUS (t3) Nachtabsenkung AUS (t4), durch Temperatursensoren für die Raumluftemperatur und durch einen Mikrorechner in Abhängigkeit von den Sollwerten und der Raumlufttemperatur Ventil- stellglieder für den Durchfluß eines Wärmemediums (Vorlauf) durch einen oder mehrere Heizkörper gesteuert werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen in einer Absenkung der Heizkosten einer Wohnung um 10 - 20% je Heizperiode, wobei die Wohnbehaglichkeit individuell für bestimmte Räume und bestimmte Zeiten frei einstellbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mit dem Mikrorechner in der Raumfühlerdose ein Luftdruckfühler für den relativen Luftdruck und/oder ein Luftfeuchtefühler für die relative Luftfeuchtigkeit verbunden. Dadurch wird eine Einstellung des Klimas für jeden beliebigen Raum gemäß der bekannten Behaglichkeitsverteilung zusätzlich verbessert.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 10 in Verbindung mit Einzelheiten der Zeichnung.
Die Erfindung umfaßt auch einen kombinierten Heizkostenverteiler mit Heizkörperregelung. Dabei wird die erfindungsgemäße Heizkörperregelung mit einer elektronischen Schaltung zur Erfassung der von den Heizkörpern eines Raumes oder einer Wohnung abgegebenen Wärmemengen in einer Zentrale mit einem Mikrorechner in der Zentrale kombiniert, wobei die Zentrale mit Raumfühlerdosen in den Wohnungen über eine Spannungsversorgungsleitung, eine Steuerleitung, eine Meßleitung, eine Null-Leitung und einer Abschirmung verbunden ist.
Zur Berechnung und Anzeige des Wärmeverbrauchs je Heizkörper bzw. je Wohnung wird der Ist-Verbrauch eines Raumes einer Wohnung nämlich die Differenz von Vorlauf- und Raumtemperatur jedes Heizkörpers des Raumes bzw. der Wohnung (TV-TL), die Differenz von Rücklauf- und Raumtemperatur jedes Heizkörpers des Raumes bzw. der Wohnung (TR-TL) über den Mikrorechner in der Raumfühlerdose erfaßt und an eine gemeinsame Zentrale als logarithmische übertemperaturt T je Heizkörper auf Kommando der Zentrale nach einer Spannungs-Strom-Wandlung gemeldet. Die Zentrale berechnet wiederum aus den übertemperaturen AT, den Heizkörperexponenten n und den Normheizleistungen Qn der installierten Heizkörper den tatsächlichen Wärmeverbrauch eines jeden an die Zentrale angeschlossenen Raumes bzw. jeder Wohnung und zeigt den Verbrauch zentral an. Eine derartige Heizkostenverteilerschaltung (HKV) ist in der eigenen Anmeldung P 33 30 941.8 der Anmelderin beschrieben.
Durch die Kombination der Schaltung zur Heizkostenverteilung und zur Heizkörperregelung ergibt sich, bedingt durch die Möglichkeit der jederzeitigen Ablesung des entstandenen Wärmeverbrauchs, ein Anreiz für den Benutzer die Heizkosten durch entsprechende Einstellung der Heizkörperregler noch weiter zu senken.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kombination ergeben sich aus den Unteransprüchen 12 bis 16.
In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung steuert die Zentrale mit dem eingebauten Mikrorechner die Vorlauftemperatur Tv des Heizmediums gemäß einem ermittelten Wärmebedarf mittels eines Brennerreglers über ein Brennstoffventil und/oder mittels einer Mischerregelung über ein Mischventil (Vierwegeventil).
Aufgrund der Sollwerteinstellungen der einzelnen Heizkörperreglerschaltungen einer Wohnung oder mehrerer Wohnungen ermittelt der Rechner in der Zentrale ein Wärmebedarfsprofil, beispielsweise für eine Nachtperiode, und steuert dann den Heizkessel derart, daß bei einer bestimmten Vorlauftemperatur der Heizungsanlage die Wärmeverbrauchswünsche der einzelnen Verbraucher ohne Schwierigkeiten gedeckt werden können. Die Sollwerteinstellungen übertragen die Mikrorechner in den Raumfühlerdosen auf Anforderung durch die HKV-Zentrale an den Mikrorechner in der HKV-Zentrale.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erzielung einer optimalen Vorlauftemperatur Tv eine kombinierte Mischer- und Brennerregelung vorgesehen, die von der HKV-Zentrale aus erfolgt.
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für eine Reihe von Wohnungen nach der Erfindung Fig. 2 schematisch eine Heizkörperregelschaltung nach der Erfindung Fig. 3 die Verbindung einer elektronischen Heizkörperregelung mit einer Zentrale, und Fig. 4 ein Geräteschaltbild einschließlich Kesselsteuerung und Mischersteuerung.
In Fig. 1 ist schematisch ein System dargestellt, bei dem eine Reihe von Wohnungen Wi (i=1. .16) mit je bis zu 16 Heizkörpern, die mit Raumfühlerdosen 26 (RFDi (i=1. .16) über vieradrige abgeschirmte Leitungen 3 bis 6 verbunden sind, an eine Zentrale 24 in der ein Haupt-Mikrorechner 35 angeordnet ist, verbunden. Die Raumfühlerdosen RFDi dienen, wie in der eigenen Anmeldung P 33 30 941 beschrieben ist, zum Erfassen der von den zugehörigen Heizkörpern abgegebenen Wärmemengen, die in der Zentrale 24 angezeigt werden, wobei die Anzeige für die angeschlossenen, bis zu 16 Wohnungen, zyklisch erfolgt. In Fig. 2 ist gezeigt, wie die elektronischen Heizkörperregler für die Tag- und Nachtabsenkung an eine HKV-Zentrale angeschlossen sind und die Raumtemperatur in dem zugehörigen Raum entsprechend der Einstellung der Einstellmittel 11 bis 16 geregelt wird.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. In einer Stelldose 1 sind Einstellmittel 11 bis 16 angeordnet, vorzugsweise in Form von (Schiebe-) Potentiometern, wobei die Einstellmittel 11 und 12 für die Einstellung der Tagestemperatur T1 und für die (abgesenkte) Nachttemperatur T2 dienen. Die Einstellmittel 13 bis 16, ebenfalls Schiebe-Potentiometer dienen zur Einstellung der jeweiligen Schaltzeiten, nämlich das Potentiometer 13 für Tagabsenkung EIN tl, das Einstellmittel bzw. Potentiometer 14 zur Einstellung des Beginns der Nachtabsenkung EIN t2, ferner das Potentiometer 15 für die Tag absenkung AUS t3 und schließlich das Einstellmittel der Potentiometer 16 für die Nachtabsenkung AUS t4. Die Schieber der Einstellmittel bzw. Potentiometer sind in Schlitzen an der Frontseite der Stelldose 1 geführt, die auch entsprechende Beschriftungen für die Temperaturwerte und die Uhrzeiten aufweist. Die elektronische Regelschaltung kann gegebenenfalls durch einen Betriebsschalter 21 aus- bzw. ein-geschaltet werden. In Ergänzung kann auch eine Uhr 22 eingebaut sein.
In einer getrennten Raumfühlerdose 2 ist ein Mikrorechner 25 angeordnet, dem Meßsignale von einem Vorlauftemperatursensor 8, einem Rücklauftemperatursensor 9 und einem Raumlufttemperatursensor 10 zugeführt werden. Gegebenenfalls können auch die entsprechenden Signale eines Luftdruckfühlers 17 und/oder eines Luftfeuchtefühlers 18 an den Mikrorechner 25 geleitet werden. An den Mikrorechner 25 sind Stellglieder 23 für die Ventile von zugehörigen Heizkörpern angeschlossen.
Als Ventilstellglieder können Schrittmotore, Magnetventile oder elektrisch beheiz- bzw. steuerbare, Thermostatventile vorgesehen sein.
Falls der elektronische Regler gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nur einem Wohnraum zugeordnet ist, kann zur Versorgung des Rechners 25 eine Batterie 20 in der Stelldose 1 untergebracht sein. Es ist ferner möglich, ein Anzeigegerät 19 einzubauen, welches die jeweilige momentane Wärmeleistung anzeigt.
Falls der Heizkörperregler mit weiteren Heizkörperreglern zusammenarbeitet oder mit einer Heizkostenverteil-Schaltung mit zentraler Anzeige in Verbindung steht, wird die Betriebsspannung über eine Leitung 3 zugeführt. Schließlich ist noch eine Null-Leitung 6 und eine Abschirmleitung 7 vorgesehen.
Die Fig. 3 zeigt eine elektronische Regelschaltung gemäß Fig. 2 in Kombination mit einer Schaltung für die Heizkostenverteilung für einen Raum einer Wohnung. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Einspeisung der Sollwerte aus der Stelldose 1 an die Raumfühlerdose 2. Die Meßwerte T werden über einen Spannungs-Strom-Wandler 37 umgewandelt und der Zentrale 24 bzw. dem Haupt-Mikrorechner 35 zugeleitet. Bei Anforderung werden auf die gleiche Weise auch sämtliche Sollwerte und Istwerte von den Mikrorechnern 25 in den Raumfühlerdosen 2 an den Mikrorechner 35 in der HKV-Zentrale 24 übertragen.
Die Zentrale 24 steuert gegebenenfalls über eine Brenner-Regelung (BR) ein Brennstoffventil 32 oder über eine Mischer-Regelung ein Mischventil (Vierwege-Ventil) 34.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Mischer- und Kesselregelung eines Kessels 31 ist in Fig. 4 dargestellt.
Bei dieser kombinierten Mischer- und Kesselsteuerung 33,34 wird generell die Vorlauftemperatur in der Vorlaufleitung 29 der Heizungsanlage einer Wohnung oder eines Wohnblocks auf eine bestimmte Temperatur eingestellt. Die in einem bestimmten Raum gewünschte Raumlufttemperatur wird mit Hilfe der Ventilstellglieder 23 geregelt. Durch diese kombinierte Mischer- und Kesselsteuerung läßt sich eine zusätzliche Heizkostenersparnis erzielen, da die Nachtabsenkung nicht nur für einen bestimmten Raum sondern für eine Wohnung bzw. einen ganzen Wohnblock durchgeführt werden kann.
Die Erfindung läßt sich vorteilhafter Weise anwenden für Ein- oder Mehrfamilienhäuser, aber auch für Wohnblocks mit bis zu 16 Wohnungen, Büroräume oder Fertigungsstätten.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

Bezugszeichenliste

1 Stelldose (SD) 42 TV Vorlauftemperatur

2 Raumfühlerdose (RFD) 43 TR Rücklauftemperatur

3 . 44 TL Raumlufttemperatur

Betriebsspannungsleltung

4 Steuerleitung 45 T Tagestemperatursollwert

5 Meßleitung ~ 46 T2 Nachttemperatursollwert

6 Null-Leitung 47 Tagabsenkung EIN

7 Abschirmung 48 t2 Nachtabsenkung EIN

8 Vorlauftemperatursensor 49 t3 Tagabsenkung AUS

-9 Rücklauftemperatursensor 50 t Nachtabsenkung AUS

10 Raumlufttemperatursensor 51

11 Tagestemperaturpotentiometer 52

12 Nachttemperaturpotentiometer 53

13 Tagabsenkung-EINPotentiometer 54

14 Tagabsenkung-AUS-Potentiometer 55

15 Nachtabsenkung-EIN-Potentiometer 56

16 Nachtabsenkung-AUS-Potentiometer 57

17 Luftdruckfühler 58

18 Luftfeuchte-Fühler 59

19 Wärmeleistungsanzeiger 60

20 Batterie 61

21 Betriebsschalter

22 Uhr

23 Ventilstellglieder

24 Zentrale

25 Mikrorechner in 2

26 Raumfühlerdosen RFDi (i=1...16)ohne 1 67

27 Wohnung Wi (i=1...16) 68

28 Heizkörper HKi (i=1...16) 69

29 Vorlaufleitung 70

30 Rücklaufleitung 71

31 Kessel 72

32 Brennstoffventil 73

33 Brennerregler 74

34 Was Wassertemperatur-Sollwert (Mischventil)75

35 Mikrorechner in 24 76

36 Spannungs-Frequenz-Wandler in 1 77

37 Spannungs-Strom-Wandler für 24 78

38 Mischventil 79

39 Mischventil-Stellsignal 80

Claims

Ansprüche 1. Elektronischer Regler für die Abgabe von vorbestimmbaren Wärmemengen durch Heizkörper zur wählbaren Einstellung gewünschter Raumtemperaturen in einstellbaren Zeitintervallen, gekennzeichnet durch Einstellmittel (11 bis 16) für Tagestemperatursollwert (T1) Nachttemperatursollwert (T2) Tagesabsenkung EIN (t1) Nachtabsenkung EIN (t2) Tagesabsenkung AUS (t3) Nachtabsenkung AUS (t4), durch Temperatursensoren (10) für die Raumlufttemperatur, durch einen Mikrorechner (25) der in Abhängigkeit von den Sollwerten und der Raumlufttemperatur Ventilstellglieder (23) für den Durchfluß eines Wärmemediums (Vorlauf) durch einen oder mehrere Heizkörper (28) steuert.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mikrorechner (25) ein Luftdruckfühler (17) und/oder ein Luftfeuchtefühler (18) verbunden ist.
3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellmittel für die Sollwerte von Temperatur (T1tT2) und Zeiten (tl-t4) Potentiometer (11-16) vorgesehen sind.
4. Regler nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilstellglied (23) ein Ventil mit Schrittmotor dient.
5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilstellglied (23) ein Thermostatventil mit Fremdenergiesteuerung (elektrische Heizung) vorgesehen ist.
6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilstellglied (23) ein Magnetventil angeordnet ist.
7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (11 bis 16) des Mikrorechners (25) in einer Stelldose (1) angeordnet sind.
8. Regler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Raumfühlerdose (2) der Raumlufttemperatursensor (10) und gegebenenfalls der Luftdruckfühler (17) und/oder der Luftfeuchtefühler (18) und die Ventilstellglieder (23) angeschlossen sind.
9. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stelldose (1) eine Batterie zur autonomen Versorgung des Mikrorechners (25) und der Ventilstellglieder (23) angeordnet ist.
10. Regler nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein Anzeigeinstrument (19) für die jeweils abgegebene Wärmeleistung.
11. Regler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Kombination mit einer elektronischen Schaltung zur Erfassung der von den Heizkörpern (28) eines Raumes oder einer Wohnung (27) abgegebenen Wärmemengen mit einer Zentrale (24), einem Mikrorechner (35) in der Zentrale (24) und Spannungsversorgungsleitung (3), Steuerleitung (4), Meßleitung (5), Null-Leitung (6) und Abschirmung (7) als Verbindungsleitungen.
12. Regler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentrale (24) über die Verbindungsleitungen (3 bis 7) mit Mikrorechnern (25) bestückte Raumfühlerdosen (26) mit Vorlauftemperatursensor (8), Rücklauftemperatursensor (9), Raumlufttemperatursensor (10) und gegebenenfalls einem Referenzwiderstand sowie Schaltmittel zur sequentiellen Aufschaltung der Sensoren und Widerstände an einer Meßschaltung oder Weiterschaltung durch von der Zentrale (24) gesendete Synchron- und Steuerimpulse angesteuert werden.
13. Regler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte jeder Stelldose (1) und die Istwerte der zugehörigen Raumfühlerdose (2) von der Zentrale (24) abgefragt und vom zentralen Mikrorechner (35) verarbeitet werden.
14. Regler nach Anspruch 11 oder folgenden, gekennzeichnet durch einen Spannungs-Strom-Wandler (37) für die Meldung der Soll- und Istwerte über die Steuerleitung (4) an die Zentrale (24).
15. Regler nach Anspruch 11 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eingabe der Sollwerte in den Mikrorechner (25) der Heizkörperreglerdosen (1) ein Spannungs-Frequenz-Wandler (36) vorgesehen ist.
16. Regler nach Anspruch 11 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrale (24) mit dem eingebauten Mikrorechner (35) die Vorlauftemperatur des Heizmediums gemäß einem ermittelten Wärmebedarf mittels eines Brennerreglers (33) über ein Brennstoffventil (32) oder mittels eines Mischerreglers (41) über ein Mischventil (38) optimal regelt.